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潜望式结构助力手机突破拍照变焦瓶颈，手机厚度变薄趋势下兴起。拍摄变焦主要分为数码变焦、光学变焦和“接力式”变焦三种方式，其中“接力式”变焦为当前主流手机拍摄变焦方案。通常，镜头焦距越长，变焦倍数越高，然而受制于机身厚度，手机长焦镜头的长度有限，不能完成高倍数的变焦拍摄。潜望式结构通过横置长焦镜头，在不增加模组厚度的前提下，为手机使用更长焦距的镜头带来更大可能，提升了镜头“接力式”变焦倍数上限。带潜望式功能的摄像模组一般由“潜望式长焦镜头+常规短焦镜头（广角、超广角、主摄等）”组成，其他常规镜头与长焦镜头配合，完成“接力式”变焦。本期的智能内参，我们推荐中信证券的报告《潜望式机型升级至10倍光变，移动摄影再登巅峰》，揭秘潜望式镜头的下沉趋势，以及相关的棱镜、镜头、模组产业链的新发展。本期内参来源：中信证券原标题：《潜望式机型升级至10倍光变，移动摄影再登巅峰》作者：徐涛胡叶倩雯年3月26日，华为举办全球线上发布会，发布其全新P40系列手机，包括P40、P40PRO和P40PRO+三个版本，全系搭载麒麟G处理器，并预置发布不久的HMS服务。华为P系列向来以影像著称，摄像头依然是本次P40系列的亮点。三个版本机型分别搭载三颗/四颗/五颗后置摄像头，其中P40PRO/PRO+均前置32MP自动对焦摄像头，搭载红外深度摄像头，能够实现专业级的背景虚化，可进行AI隔空操控，能在暗光条件下迅速进行脸部解锁。后置来看，P40PRO延续潜望式长焦设计，后置搭载索尼定制50MP主摄，并且辅以40MP（超广角）+12MP（潜望式长焦）+3DTOF（景深镜头），可实现5倍光学变焦、10倍混合变焦、50倍数码变焦，与P30PRO相比采取新的RYYB感光元件进光量提升40%，带来更强大的变焦能力；P40PRO+搭载50MP（主摄）+40MP（超广角）+8MP（潜望式长焦）+8MP（长焦）+3DToF（景深镜头），为全球首款支持双目光学长焦的机型，3倍光学长焦拍摄中等距离，10光学长焦拍摄远景，可支持10倍光学变焦，20倍混合变焦，倍数码变焦，实现从3倍光变（P20PRO）、5倍光变（P30PRO）到10倍光变（P40PRO+）的飞跃，也是全球首款光学变焦高达10倍的手机，具备史上最强智能手机变焦性能，标志着移动摄影再登巅峰。▲华为P40系列手机▲华为P40系列手机参数对比一、潜望式结构源于拍照望远需求，手机端初兴起传统相机变焦方式多为光学变焦，手机端早期多采用数码变焦，升级诞生“接力式”变焦。传统相机中，由于空间足够，拍照变焦方案多采用光学变焦。（1）光学变焦：利用镜头模组内的电动马达移动镜片组，从而改变镜头焦距，实现无损的长焦拍摄效果。镜头越长，焦距可变物理范围越大，变焦倍数越大。但这种方式要求在镜头模组内部配置电动马达，技术难度高且耗电量大，多用于专业相机中，难以在手机端普及。（2）数码变焦：手机镜头早期多采用数码变焦的方式，利用软件对已有像素周边的色彩进行判断，根据周边色彩情况插入经特殊算法加入的像素，从而把图片内的每个像素面积增大。这种变焦方式不改变镜头焦距，对画质的损害也很大。在变焦效果升级需求的驱动下，手机端诞生出（3）“接力式”变焦方式：利用两颗/多颗定焦镜头的物理焦距不同，通过镜头切换和算法辅助实现比较平滑的变焦效果。此方式虽本质上并未改变镜头物理焦距，但实际效果可以与光学变焦媲美，变焦倍数等于长焦镜头等效焦段与广角镜头等效焦段之比，如实际等效焦段为28mm-56mm的广角+长焦双摄可实现2X“接力式”变焦（56mm/28mm=2）。▲不同变焦方式对比潜望式结构：横向放置长焦镜头，在不增加模组厚度的前提下，实现更高倍数的变焦，为手机端未来趋势。潜望式结构是一种通过折射棱镜改变光路方向（如将垂直于机身的光线折射为平行光线），从而使得相应光学成像系统可以在手机内部横向放置的镜头结构。优势在于（1）不增加模组厚度：镜头在相机/手机内部横向放置，不必让长焦镜头明显突出机身从而影响产品一体性。（2）提升变焦倍数：变焦倍数与焦距可变物理范围（即镜头长度）直接相关。由于相机中空间足够，小型化需求并不强烈，潜望式结构又伴随变焦倍数受限、加工成本上升等问题，故主流相机厂商仅应用潜望式至单个系列，并未全面普及。但在手机端，由于手机镜头目前采用“接力式”变焦方式，长焦镜头的焦距（即镜头长度）是限制手机镜头变焦倍数提升的直接因素，在手机轻薄化趋势下，潜望式结构设计为手机应用更长焦距的镜头带来更大可能。▲潜望式模组内部结构示意图带潜望式功能的摄像模组一般由“潜望式长焦镜头+常规短焦镜头（广角、超广角、主摄等）”组成。在手机“接力式”变焦的方式下，利用潜望式结构进行变焦的模组设计方案为潜望式长焦镜头+常规短焦镜头（常规短焦镜头包括广角镜头、超广角镜头、主摄像头等），即只有长焦镜头采用潜望式结构，其他镜头仍采用常规设计。潜望式长焦镜头在不增加模组厚度的前提下提升了镜头“接力式”变焦倍数上限，其他常规镜头与长焦镜头配合，完成“接力式”变焦。▲松下DMC—TZ倍光学变焦潜望式镜头示意图▲松下DMC—TZ倍光学变焦潜望式镜头光学结构二、潜望式机型有望下沉至中低端，今年可期突破1亿部本章小结：以华为P30PRO为标志，年至今已有6款安卓高端机搭载潜望式结构，总体来看，目前安卓阵营除小米外已全部推出搭载潜望式摄像头机型，其中华为/OPPO潜望式结构手机已迭代至第二代产品。年搭载潜望式摄像头手机出货量估计为0.15亿部，来自华为、OPPO和VIVO。比较各家方案而言，各方案原理相同，均采用“接力式”原理，通过三颗定焦镜头切换+算法辅助实现“类光变”无损拍摄；差异之处在于硬件参数及软件算法不同。展望未来，预计安卓系有望全线搭载潜望式结构，并从高端下沉至中低端机型，零部件厂商也正配合进行降成本研发，Sigmaintell乐观看年出货量有望达1亿颗，年有望突破4亿颗；然新冠疫情蔓延至全球，或对年潜望式摄像头出货量产生一定程度负面影响。关于疫情对厂商出货的影响我们还将持续观察。1、回顾发展史，19年至今已有7款高端机搭载潜望式结构，华O迭代至二代-年：潜望式结构在手机端应用较少，轻薄化趋势下真正光学变焦难以普及。继相机端应用之后，潜望式镜头结构在手机端也进行了尝试，初期搭载潜望式结构的手机，均通过镜头模组内的电动马达移动镜片组，改变镜头焦距，从而实现无损的长焦拍摄效果，为真正意义上的光学变焦。年，夏普推出了世界上第一台搭载潜望式结构的手机VSH，具备2倍光学变焦，搭载1.3MP像素的CCD感光元件。年，索爱也推出搭载潜望式结构、具备3倍光学变焦的手机SOiCS，搭载5.1MP像素的CCD感光元件，其主打拍照，性能达到了卡片相机级别，但未在国内上市。年，华硕推出具有3倍光学变焦效果的手机ZenFoneZoom，搭载13MP像素的CMOS感光元件，采用日本HOYA的10片式摄像头模组，是智能机时代首部搭载潜望式结构的手机。然而真正意义上的光学变焦摄像头应用于手机端存在耗电高和体积大的问题：变焦镜头需利用马达驱动镜片组内的部分镜片移动进行变焦，这种变焦方式无需广角镜头与算法处理配合即可实现无损拍摄，但是会增加手机的能耗负担，同时还需要更大的散热空间，导致机身普遍偏厚，华硕ZenFoneZoom厚度为11.9mm，相比之下华为P30PRO厚度为8.14mm，上述特性与手机轻薄化趋势难以兼容。因此，真正的光学变焦功能未能在手机端普及。▲华硕ZenFoneZoom▲ZenFoneZoom潜望镜组年至今：已有7款安卓高端机搭载潜望式结构，其中华为和OPPO已迭代至二代产品。在年的MWC上，OPPO与以色列CorePhotonics合作，公布了一项5倍无损变焦潜望式结构技术，宣称已把潜望式摄像头模组的厚度降低到5.7mm，比普通2倍变焦光学模组的厚度还薄10%。国内第一款采用潜望式接力变焦模组的是华为于年3月发布的P30PRO，其后置搭载20MP（超广角）+40MP（广角主摄）+8MP（潜望式长焦）+ToF模组（景深镜头），可实现5倍光学变焦、10倍混合变焦及50倍数码变焦。年4月，OPPO发布的新款旗舰机RENO10倍变焦版同样采用潜望式结构设计，其后置搭载8MP（超广角）+48MP（广角主摄）+13MP（潜望式长焦），可实现10倍混合光学变焦及60倍数码变焦。年12月，VIVO发布的X30PRO也搭载了潜望式摄像模组，其后置搭载8MP（超广角）+64MP（广角主摄）+13MP（潜望式长焦）+32MP（人像镜头），可实现5倍光学变焦、10倍混合光学变焦及50倍数码变焦。年2月，三星发布S系列旗舰新机GalaxyS20Ultra，为三星首款搭载潜望式结构的机型，其后置搭载12MP（超广角）+MP（广角主摄）+48MP（潜望式长焦）+ToF模组（景深镜头），可实现10倍混合光学变焦及倍数码变焦。年3月，OPPO推出旗下第二款搭载潜望式结构机型FindX2PRO，后置搭载48MP（超广角）+48MP（广角主摄）+13MP（潜望式长焦），其中潜望式长焦镜头与RENO变焦版所搭载的规格相同，同样可实现10倍混合光学变焦及60倍数码变焦。同月，华为P40系列新推出两款搭载潜望式结构机型，其中P40PRO后置搭载40MP（超广角）+50MP（主摄）+12MP（潜望式长焦）+TOF模组（景深镜头），可实现5倍光学变焦、10倍混合光学变焦及50倍数码变焦；P40PRO+升级版参数再创记录，搭载40MP（超广角）+50MP（主摄）+8MP（长焦）+8MP（潜望式长焦）+TOF模组（景深镜头），可实现10倍光学变焦、20倍混合光学变焦及倍数码变焦。总体来看，目前安卓阵营除小米外已全部推出搭载潜望式摄像头机型，其中华为/OPPO潜望式结构手机已迭代至第二代产品，华为P40PRO+实现了从5倍光变到10倍光变的飞跃，但镜头像素保持不变，而华为P40PRO则在潜望式长焦镜头的像素上进一步升级；OPPO也在像素方面有所改善。▲从左到右依次为华为P30PRO、OPPORENO10倍变焦版、VIVOX30PRO和三星S20Ultra潜望式镜头▲华为P40PRO潜望式镜头▲华为P40PRO+潜望式镜头2、比较各家方案，均采用“接力式变焦”，焦距比、算法和像素决定性能各方案原理相同，均采用“接力式”原理，通过三颗定焦镜头切换+算法辅助实现“类光变”无损拍摄。年至今的6款搭载潜望式结构机型的“接力式变焦”方案工作原理没有差别，均为利用三颗定焦镜头的物理焦距不同，通过镜头切换和算法辅助实现比较平滑的“类光变”无损拍摄效果。以华为P40PRO为例：年3月推出的华为P40PRO搭载广角主摄（等效焦距23mm）+超广角（等效焦距18mm）+潜望式长焦（等效焦距mm）方案，在广角主摄与长焦镜头的配合下可实现5X光学变焦（实际等效焦段为23mm-mm），同时18mm超广角镜头赋予其0.8X超广角变焦的能力。华为P40PRO光学变焦的具体过程为：（1）变焦倍数为0.8X时，单颗超广角镜头进行无损拍摄；（2）变焦倍数为0.8-1X时，单颗超广角镜头在自身焦段范围内实现数码变焦；（3）变焦倍数为1X时，单颗广角主摄像头进行无损拍摄；（4）变焦倍数为1-5X时，单颗广角主摄像头在自身焦段范围内实现数码变焦；（5）变焦倍数为5X时，单颗潜望式长焦镜头进行无损拍摄；（6）变焦倍数为5-10X时，广角主摄镜头和潜望式长焦镜头依然配合数码变焦实现工作，但以潜望式长焦镜头拍摄为主，主要靠算法裁剪，因此画质将出现明显的损伤。在算法的辅助下，上述过程可以在变焦倍数0.8-10X间可以实现平滑的“接力”效果，虽然没有改变单颗镜头的焦距，但可以实现类似光学变焦的拍摄效果。▲华为P40PRO“接力式”变焦过程各方案差异之处：硬件参数及软件算法不同。其中光变倍数看长焦与广角镜头的焦距之比，混合变焦倍数看算法，数码变焦倍数看镜头像素。镜头硬件有差异：长焦镜头等效焦距与广角镜头等效焦距之比决定了光学变焦倍数，比例越大，变倍效果越好。P40PRO+拥有10倍光学变焦效果（/23≈10.43），P40PRO、P30PRO和X30PRO的光学变焦效果均达到5倍，RENO变焦版和S20Ultra未直接公布光学变焦倍数。我们根据后两者摄像模组的参数测算其倍数，若以RENO变焦版的主摄焦段视作1倍光学变焦，其广角主摄镜头、潜望式长焦镜头等效焦距分别为27mm、mm，计算得出其支持6倍左右光学变焦效果（/27≈5.93），同理测算出S20Ultra支持4倍左右光学变焦效果（/26≈3.92）。四家厂商在尝试首款潜望式结构机型后，陆续发布了其他未搭载潜望式摄像头的新款机型，华为Mate30系列手机只支持3倍光学变焦，OPPORENO2在镜头隐藏在机身内的情况下只能实现5倍混合变焦。经对比我们发现，要在保持机身轻薄的同时实现4倍以上的真光学变焦效果，搭载潜望式结构是目前的必然选择。软件算法有差异：厂商内置的算法在后台进行合成，达到混合变倍功能。在光学变焦倍数与混合变焦倍数之间，广角主摄镜头与潜望式长焦镜头配合进行数码变焦，两个摄像头同时拍摄远景和近景照片，在后台进行算法合成，成像效果可以达到光学变焦的效果。已发布的6款机型虽然摄像模组参数有所差异，但通过算法调用均实现了10倍的混合变焦效果；而P40PRO+则进一步升级，其拥有的10倍潜望式镜头可实现20倍混合光学变焦。像素硬件有差异：像素清晰度决定了数码变焦倍数，越高清变倍率越大。当变焦倍数达到混合光变倍数以上时，成像效果仅取决于由潜望式长焦镜头的像素。P40PRO+因潜望式长焦镜头焦距长达mm，经过像素裁减后可达到倍数码变焦，而S20Ultra潜望式长焦镜头等效焦距仅有mm，不足P40PRO+的一半，但通过使用48MP的高像素感光元件，进行裁切以及AI运算后仍然可以支持高达倍的变焦倍率，与P40PRO+在所有机型中并列第一。▲潜望式结构机型摄像模组参数与性能比较3、趋势上，潜望式结构获手机厂和零部件厂商共同认可，有望下沉至中低端终端手机厂商对潜望式态度：华为引领，安卓系全线跟进，北美大客户暂未搭载，后续有待观望。摄像头是智能手机创新升级的主要方向之一，光学性能提升对消费者视觉体验有明显升级，拍摄性能已成为各手机品牌竞争的焦点。目前大部分手机厂商对潜望式结构摄像头布局较为积极，华为引领下，安卓阵营大部分已推出潜望式结构手机，唯一未推出的小米目前已有相关专利。北美大客户暂未推出相关产品，布局情况仍有待后续观望。安卓阵营：全线跟进。其中华为对潜望式结构最为积极，于年推出首款搭载潜望式长焦的P30PRO，开启智能手机潜望式镜头发展元年；年发布的P40系列中P40PRO和P40PRO+继续搭载潜望式摄像头，推广度进一步提升，且PRO+更是开创性配备多反射潜望式长焦镜头；我们预计华为下一代Mate40系列亦有望搭载潜望式结构摄像头，打造光学亮点。OPPO与VIVO紧随其后，均于年推出首款搭载潜望式结构机型，OPPO还在年推出了第二款。三星虽落后一年，在年才推出首款，但其布局较早，年并购CorePhotonics（其为MWC上与OPPO合作公布潜望式结构技术的摄像头公司），随后三星电机成功开发了超薄型5倍光学变焦模块，并已在19年5月进入量产；预计在S20Ultra之后，三星Galaxy系列手机亦有望搭载潜望式结构。小米目前尚未推出搭载潜望式结构机型，但是国家知识产权局年7月2日公示了小米一项专利，专利摘要显示“本公开是关于一种摄像头组件及电子设备，所述摄像头组件包括：主镜头和至少一个潜望式辅助镜头”；且小米此前已经向世界知识产权局（WIPO）提交了潜望式镜头专利，专利文件显示该机型采用了弹出式前置摄像头设计，后置竖排四摄，其中顶部为潜望式镜头，这一设计与华为P30PRO和OPPOReno10倍变焦版所采用的方案类似，我们预测小米下一代产品或将搭载潜望式摄像头。北美客户：对潜望式结构态度尚不明晰。北美客户早在年就申请了名为可折叠长焦相机镜头系统的专利，试图解决摄像头凸出的问题，在这组镜头里有可以移动的浮动镜组，通过数分之一毫米的微小浮动来实现变焦，原理与前文提及的华硕ZenFoneZoom类似，但并未有后续进展。年10月8日，美国专利及商标局公布了北美客户名为折叠镜头系统的新专利，其内部有三到五个镜片，通过棱镜折射实现变焦，三镜片设置可以提供80-mm焦距，适用于长焦拍摄，五镜片设置提供50-85mm，主要用于广角镜头。然而，相关潜望式结构专利虽然代表了北美客户的研究和开发方向，但并不能保证潜望式结构会被应用在其未来的新机型上。目前北美客户对潜望式结构的态度仍不明朗，我们将对其后续布局情况进行持续跟踪。▲小米摄像头组件及电子设备专利示意图▲北美客户可折叠长焦相机镜头系统专利示意图▲北美客户三镜头折叠镜头系统专利示意图▲北美客户五镜头折叠镜头系统专利示意图上游厂商对潜望式结构态度：均看好潜望式发展，积极研发致力推动机型下沉，但技术趋势尚存争议。上游包括棱镜模块、镜头、算法和模组在内的供应商普遍看好潜望式结构的发展，认为光学升级趋势源于需求端的爆发，将持续利好行业。其中部分厂商正致力于改进方案、降低成本，以将潜望式结构的机型下沉至中低端；在镜头发展的技术趋势上，虽然采用玻塑混合还是全塑镜头依然有争议，但多数厂商均同时布局。▲部分零部件厂商对潜望式结构的态度汇总4、展望未来，搭载潜望式结构手机的出货量乐观看年有望突破4亿部潜望式摄像头出货量：Sigmaintell乐观估计年增长六倍以上达到1亿颗，年有望突破4亿颗；疫情影响下渗透速度或放缓，但不改长期趋势。目前来看潜望式结构主要应用于长焦摄像头，每部手机最多只需搭载一个潜望式模组。根据Sigmaintell，年搭载潜望式摄像头手机出货量估计为0.15亿部，均来自华为、OPPO和VIVO。截至目前，安卓阵营除小米以外均已推出搭载潜望式摄像头的手机，华为/OPPO相关产品已迭代至第二代。Sigmaintell认为年高倍率的潜望摄像头有望下探到元左右的机型，预计将会达到1亿颗的出货量，其中华为有望占据半壁江山。随消费者对“拍得清、拍得远”需求的提升，各大手机厂商也将继续挖掘潜望式镜头的能力。中国信通院和旷视科技发布的《智能手机影像技术应用观察和趋势分析》指出，未来潜望式摄像头将成为中低端手机的标配，Sigmaintell预计，年出货量将突破4亿颗。然而本次新型冠状病毒肺炎疫情波及全球，三星电子主要负责手机研发和生产的龟尾产业园所在地与韩国疫情最严重的地区大邱相邻，曾确诊4例新冠肺炎患者，产线2次停运，或对年潜望式摄像头出货量产生一定程度负面影响。关于疫情对厂商出货的影响我们还将持续观察。▲-搭载潜望式模组手机出货量（百万部）▲年搭载潜望式模组手机各品牌占比三、产业链初具雏形，棱镜模块、镜头及组装成最大增量摄像头产业链包括上游零部件、中游模组封装与下游手机终端，上游零部件厂提供镜头、CIS和VCM等给中游模组厂，下游手机厂采购算法并授权给中游模组厂，最终由中游模组厂将零部件组装成摄像头模组并交付给下游手机厂。对比华为P20PRO的后置三摄和华为P30PRO的后置潜望四摄，除新增的TOF模组外，变化主要来自于P20PRO的3倍光变长焦镜头升级成了P30PRO的5倍光变潜望式长焦镜头，模组由普通摄像头变成潜望式长焦摄像头带来了产业链的一系列变化。▲华为P20PRO与P30PRO后置摄像模组对比▲华为P20PRO与P30PRO长焦/潜望式长焦镜头对比潜望式长焦模组的产业链依然包括上游零部件、中游模组封装与下游手机终端三部分，但是各部分均有升级。（1）从上游零部件来看，潜望式结构的零部件主要包括棱镜模块、镜头、CIS和VCM，在零部件厂中新增了提供棱镜模块的厂商，棱镜模块需对棱镜做进一步工艺处理，且通过与其他组件配合实现光学防抖效果；潜望式结构对透光性要求的提升使镜头厂需要重新设计镜头组合，手机厚度的限制造成镜片也需要进一步加工，且长远来看，镜头将向更高规格的全塑和玻塑混合镜头升级；潜望式长焦镜头的CIS与其他镜头相比没有特殊的要求，且由于尺寸受手机厚度的限制，目前大多使用万像素左右的CIS规格。（2）下游组合而言，由于潜望式结构所需算法的复杂度显著提升，叠加手机厂希望融入自身对场景的理解，以HOVM为代表的部分手机厂从采购第三方算法转向自研算法，料使得专业算法提供商的市场空间短期承压。（3）中游模组制作来看，含潜望式结构模组的装配公差对一致性要求更高，导致二线模组厂难以突破含潜望式结构模组的进入壁垒。▲潜望式长焦模组详解▲长焦镜模组与潜望式长焦模组差异对比1、棱镜模块：单块1-3美金增量棱镜模块是潜望式结构新增部件，棱镜制备与光学防抖提升工艺难度。棱镜模块是潜望式结构相对其他摄像头唯一新增的零部件，棱镜模块由棱镜、安装座、二轴铰链、驱动装置和镜筒组成，其工作原理为将入射光线由进光轴反射到成像光轴，以便光线通过镜头在图像传感器上成像。棱镜模块的工艺难度体现在（1）棱镜制备需做硬化、遮光和切割处理，较传统工艺有差异。首先由于棱镜由玻璃材质构成，质地较脆需做硬化处理，其次棱镜侧面需要设置遮光材料，防止棱镜侧面向潜望式结构外部反射光线使用户从外部通过进光口看到手机内部结构，从而提升用户体验，最后远离进光口的棱角由于不影响进光效果，需做切割处理，因此潜望式结构所需棱镜的制备工艺与传统工艺有差异。（2）光学防抖需与其他组件配合，提升工艺复杂度。由于在高倍率远距离拍摄的场景下会造成手抖影响的放大，为了实现光学防抖，棱镜还需要其他组件配合，首先需通过粘胶将棱镜固定在安装座上组成转光元件，再配合二轴铰链与驱动装置将转光元件绕X向转动实现在Y向的光学防抖效果，X向的防抖效果亦然，光学防抖效果的增加也使得棱镜模块的工艺复杂度提升。上述工艺的改变使具备棱镜产能的厂商需要重新改造产线方能生产棱镜模块。▲潜望式结构棱镜模块示意图▲棱镜模块所需棱镜示意图棱镜模块单块价值量在3美金以内，国内重点

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